摘 要：Z3040型摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工是机械加工车间常用的机床在机械行业中得到了广泛应用。由于传统继电器－接触器控制的摇臂钻床存在电路接线复杂触点多、噪音大、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点因此对Z3040摇臂钻床控制系统的技术改造以使其功能完善使用方便维护简单降低了设备运行的故障率提高了设备运行的使用率可实现生产过程的高效、节能和低成本。
关键词：Z3040摇臂钻床；PLC；控制系统；改造 1、摇臂钻床的应用场合、以及钻床数控化改造情况 摇臂钻床加工范围广，可以用来钻孔、扩孔、绞孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工，可用来钻削大型工件的各种螺钉孔、螺纹底孔和油孔等。摇臂钻床的主要变型有滑座式和万向式两种。 由于PLC的众多优点在工业控制中得到推广，大多数企业在生产上使用的钻床的电气控制系统还是采用采用继电器—接触器控制方式。而这种控制方式存在着明显的缺陷和隐患，极易发生故障，而且由于线路复杂要想找到问题所在也相当的困难。此次对于钻床电气控制系统改造设计就是希望提高钻床的工作性能，早先制造的该类设备大多采用继电器——接触器控制系统 ，其联动关系复杂 ，维修困难 ,长期使用后故障率高 ，常影响正常生产。改造后的Z3040型摇臂钻床简化了控制线路使机床功能完善使用方便维护简单降低了设备运行的故障率提高了设备运行的使用率可实现生产过程的高效、节能和低成本。 2、 Z3040控制线路原理分析 Z3040摇臂钻床主轴箱可在摇臂上移动并随摇臂绕立柱回转的钻床（见图1）。摇臂还可沿立柱上下移动以适应加工不同高度的工件。较小的工件可安装在工作台上较大的工件可直接放在机床底座或地面上。摇臂钻床广泛应用于单件和中小批生产中加工体积和重量较大的工件的孔。 图1 3、摇臂钻床的结构及运动形式 3.1摇臂钻床的结构 摇臂钻床主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台等部分组成。内立柱固定在底座的一端在他的外面套有外立柱外立柱可绕内立柱回转360度。摇臂的一端为套筒它套装在外立柱做上下移动。由于丝杆与外立柱连成一体而升降螺母固定在摇臂上因此摇臂不能绕外立柱转动只能与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱是一个复合部件由主传动电动机、主轴和主轴传动机构、进给和变速机构、机床的操作机构等部分组成。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上可以通过手轮操作使其在水平导轨上沿摇臂移动。 3.2摇臂钻床电气拖动特点及控制要求 （1）Z3040型摇臂钻床采用4台电动机拖动他们分别是主轴电动机摇臂升降电动机液压泵电动机和冷却泵电动机这些电动机都采用直接启动方式。 （2）为了适应多种形式的加工要求摇臂钻床主轴的旋转及进给运动有较大的调速范围一般情况下多由机械变速机构实现。主轴变速机构与进给变速机构均装在主轴箱内。 （3）摇臂钻床的主运动和进给运动均为主轴的运动为此这两项运动有一台主轴电动机拖动分别经主轴传动机构进给传动机构实现主轴的旋转和进给。 （4）在加工螺纹时要求主轴能正反转。摇臂钻床主轴正反转一般采用机械方法实现。因此主轴电动机仅需要单向旋转。 （5）摇臂升降电动机要求能正反向旋转。 （6）内外主轴的夹紧与放松、主轴与摇臂的夹紧与放松可用机械操作、电气—机械装置电气—液压或电气—液压—机械等控制方法实现。 （7）摇臂的移动严格按照摇臂松开→移动→摇臂夹紧的程序进行。因此摇臂的夹紧与摇臂升降按自动控制进行。 （8）冷却泵电动机带动冷却泵提供冷却液只要求单向旋转。 （9）具有连锁与保护环节以及安全照明、信号指示电路。 4、 Z3040电气线路及电路分析 文中所介绍的Z3040型摇臂钻床的电气控制原理如图2所示 图2 Z3040 型摇臂钻床的电气控制原理图 4.1主电路分析? 主电路中有4台电动机。主轴电动机M 1，带动主轴旋转和使主轴作轴向进给运动，作单方向旋转。摇臂升降电动机M2，可作正反向运行。液压泵电动机M3，其作用是供给夹紧装置压力油，实现摇臂和立柱的夹紧和松开，作正反向运行。冷却泵电动机M4，供给钻削时所需的冷却液，作单方向旋转，由开关QS控制。机床的总电源由组合开关QS1 控制。 4.2控制电路分析 （1）、主轴电动机M1的控制 (1)M1的启动 按下启动按钮SB2，接触器KM1的线圈得电，位于15 区的KM1自锁触点闭合，位于3 区的KM1主触点接通，电动机M旋转。 (2)M1的停止 按下SB1，接触器KM1的线圈失电，位于3 区的KM1常开触点断开，电动机M1停转。 (3)在M1的运转过程中，如发生过载，则串在M1的电源回路中的过载元件FR1动作，使其位于1区的常闭触点FR1断开，同样也使KM1的线圈失电，电动机M1停转。 4.3摇臂升降电动机M 2 的控制 （1）摇臂升降的启动过程如下: 按下上升(或下降)按钮SB3(或SB4) ,时间继电器KT 得电吸合，位于19区的KT 动合触点和位于23 区的延时断开动合触头闭合，接触器KM和电磁铁YA 同时得电，液压泵电动机M3 旋转，供给压力油。压力油以2位6通阀进入摇臂松开油腔，推动活塞和菱形块，使摇臂松开。松开到位，压动限位开关SQ2，使其位于19 区的动断触头断开，接触器KM断电释放，电动机M3停转。同时位于17 区的SQ2动合触头闭合，接触器KM2(或KM3)得电吸合，摇臂升降电动机M2启动运转，带动摇臂上升或下降。 （2）摇臂升降的停止过程如下: 当摇臂上升(或下降)到所需位置时,松开按钮SB3 (或SB4) ，接触器KM(或KM3)和时间继电器KT失电,M2停转，摇臂停止升降。位于21 区的KT 动断触头经1～ 3s 延时后闭合，使接触器KM5得电吸合，电动机M3反转，供给压力油。压力油经2位6通阀进入摇臂夹紧油腔，反方向推动活塞和菱形块，将摇臂夹紧。夹紧后，21区的限位开关SQ3常闭触点断开，使接触器KM 5和电磁铁YA 失电，YA 复位，液压泵电机M3停转摇臂升降结束。在摇臂升降中各器件的作用如下:限位开关SQ2及SQ3用来检查摇臂是否松开或夹紧，如果摇臂没有松开，位于17 区的SQ2常开触点就不能闭合，因而控制摇臂上升或下降的KM2或KM3就不能吸合，摇臂就不会上升或下降。SQ3应调整到保证夹紧后能够动作，否则会使液压泵电动机M3处于长时间过载运行状态。时间继电器KT 的作用是保证升降电动机断开并完全停止旋转后(摇臂完全停止升降)才能夹紧。限位开关SQ 1 是摇臂上升或下降至极限位置的保护开关。SQ1与一般限位开关不同，其2 组常闭触点不会同时动作。当摇臂升至上极限位置时，位于17 区的SQ1动作,接触器KM2失电，升降电机M 2 停转，上升运动停止。但位于18 区的SQ1另一组触点仍保持闭合，所以可按下下降按钮SB4，接触器KM 3动作，控制摇臂升降电机M2反向旋转，摇臂下降。反之当摇臂在下极限位置时，控制过程类似。 4.4冷却泵电动机M4的控制 当供给冷却液时，由手动开关QS2控制冷却泵电动机M4的起动和停止。 4.5主轴箱与立柱的夹紧与放松 立柱与主轴箱均采用液压夹紧与松开，且两者同时动作。当进行夹紧或松开时，要求电磁阀YA 处于释放状态。Z3040 型钻床夹紧机构液压系统原理如图3所示。 图3 Z3040 型钻床夹紧机构液压系统原理图 按松开按钮SB5 或夹紧按钮SB6，接触器KM4或KM5得电吸合，液压泵电动机M3正转或反转,供给压力油。压力油经2位6通电磁阀YA 进入立柱夹紧液压缸的松开或夹紧油腔和主轴箱夹紧液压缸的松开或夹紧油腔，推动活塞和菱形块，使立柱和主轴箱分别松开或夹紧。松开后行程开关SQ4复位 (或夹紧后动作) ，松开指示灯HL1(或夹紧指示灯HL2)亮。 参考文献： [1]陈金华.可编程序控制器(PC)应用技术[M] .北京:电子工业出版社,1995. [2]巫莉主编.电气控制与PLC应用.2008 北京 中国电力出版社 [3]赵燕、周新建主编.可编程控制器原理与应用.2006 北京 中国林业出版社北京大学出版社 [4]王国海.可编程序控制器及其应用(第 2 版).北京：中国劳动社会保障出版社,2007. [5]齐占庆.机床电器控制技术[M] .北京:机械工业出版社,1998. [6]廖兆荣: 机床电气自动控制 [M] 北京 化学工业出版社 2003 [7]熊幸明. 机床电路原理与维修[M ]. 北京: 人民邮电出版社, 2001
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